Титан в геохимических процессах : По геол. и эксперим. данным

• Автор: Котельникова, Алла Леонидовна
• Шифр специальности: 04.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. История и современное состояние проблемы
Глава 2. Геохимия титана
2.1. Распространенность титана
2.2. Титан в магматическом процессе
2.3. Титан в метаморфическом процессе
2.4. О миграционных свойствах титана
2.5. Источники и формы нахождения титана в природных водных растворах
Глава 3. Поведение титана в водных растворах при различных физико-химических
параметрах (по экспериментальным данным)
3.1. Описание экспериментальной установки и методика эксперимента
3.2. Результаты экспериментов и их обсуждение
3.2.1. Системы с водой
3.2.2. Системы с кислыми фторидными растворами
3.2.2.1. Приближенная оценка констант нестойкости гидроксо- гидроксофторидных комплексов титана при температурах 200 - 700 °С и давлении 1 кбар
3.2.3. Системы с кислыми и нейтральными хлоридными растворами
3.2.4. Системы с щелочными фторидными растворами
3.2.5. Системы с щелочными растворами К2СОз, КОН
3.2.6. Системы с изменяющейся величиной pH
3.2.7. Влияние давления на растворимость ТіОг
3.2.8. Поведение титана при изменении окислительно-восстановительной обстановки
3.2.9. Системы с кислыми фторидными и хлоридными растворами в присутствии магнетита
Г лава 4. Приложение экспериментальных данных к анализу условий формирования Волковского апатит-борнит-титаномагнетитового месторождения
4.1. Общие сведения о геологии района
4.2. Титан как элемент-индикатор рудообразующего процесса (по литературным и экспериментальным данным)
4.3. Вероятная схема формирования Волковского габбрового массива
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы определяется необходимостью дальнейшего расширения сырьевой базы титанодобывающей промышленности, что обуславливает необходимость поиска новых титановых месторождений. Последнее предполагает дальнейшее исследование процессов формирования титановых месторождений на базе новых геологических, термодинамических и экспериментальных данных, изучение околорудных измененных пород для поисково-оценочных целей, что позволяет поставить вопрос о подвижности титана в гидротермально - метасоматических процессах и возможности его концентрирования в масштабах, пригодных для промышленных разработок. Экспериментальные данные, касающиеся поведения титана в водных растворах с различным анионным составом, концентрацией водородных ионов, окислительно - восстановительными условиями при различных РТХ-условиях позволили бы определить пределы содержания титана в рудообразующих растворах, возможности выноса титана из пород флюидами с последующим отложением в виде рудных тел.
Целью настоящего исследования являлось экспериментальное определение физико - химических условий, при которых титан становится подвижным, а также установление форм его переноса высокотемпературными водными флюидами.
Научная новизна. Впервые проведены экспериментальные исследования поведения титана в интервале температур 200-700°С при давлении 1 кбар в кислых, нейтральных и щелочных водных растворах с различным анионным составом. Установлены физико-химические условия, необходимые для мобилизации, транспорта и отложения титана в гидротермальных условиях, а также формы нахождения титана в этих условиях. Произведены расчеты констант нестойкости гидроксогалогенидных комплексов титана.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования экспериментальных данных для оценки физико-химических условий транспорта и концентрирования титана, для понимания генезиса титановых месторождений, для поиска рудных тел по ореолам титана в породах, для решения вопроса об устойчивости титановой керамики.
Основные защищаемые положения:
1. Титан, относимый к числу наиболее инертных петрогенных элементов в метасоматических процессах, при определенных физико-химических условиях проявляет миграционную активность.
2. В соответствии с экспериментальными данными подвижность титана и железа в высокотемпературных водных растворах определяется анионным составом и кислотно-щелочными свойствами раствора, температурным режимом и давлением.
3. Характерные черты поведения титана, выявленные нами в ходе экспериментов, реализуются в природных условиях, что отчетливо видно на примере формирования титаномагнетиговых и скарновых магнетитовых месторождений. Поэтому титан можно рассматривать как элемент - индикатор, по поведению которого в геохимических процессах, на основании экспериментальных данных, можно в какой-то мере реконструировать условия формирования геологических объектов.
Фактический материал. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории экспериментальной минералогии ИМ УрО РАН. Всего было проведено 40 опытов при различных температурах и давлении 1кбар. Химическими методами автором проанализировано 250 образцов растворов на содержание П и Ре. Контрольные анализы растворов вьшолнялись на спектроанализаторе с индукционной плазмой 1У-38/48 ( ИЭХ УрО РАН, Екатеринбург; ГЕОХИ, Москва).
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и представлялись на научных совещаниях и семинарах: «Ежегодный семинар экспериментаторов» (Москва, 1990); II Региональное совещание «Минералогия Урала» (Миасс, 1990); «ХП Всесоюзное совещание по экспериментальной минералогии» (Миасс, 1991); Совещание «Геология и металлогения Приполярного Урала» (Сыктывкар, 1993); IV Конференция «Теория диссипативных структур в геологии» (Апатиты, 1998). По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Благодарности. Работа выполнена в Институте геологии и геохимии УрО РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора
В.Н.Сазонова, которому автор выражает глубокую благодарность за советы и замечания по теме работы и постоянную поддержку.

каждого из перечисленных факторов на подвижность титана. В то же время экспериментальные исследования простых модельных систем рутила с водными растворами различного анионного состава при повышенных температурах позволяют выявить и обосновать обнше тенденции в поведении титана.
Глава 3. ПОВЕДЕНИЕ ТИТАНА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ (ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ)
Задача наших исследований состояла в оценке миграционных свойств титана в гидротермальных растворах при температурах 200 - 700°С и давлении 1 кбар на примере моделей с рутилом и водой, фторидными, хлоридными, карбонатными растворами различной концентрации и pH.
Для экспериментальных исследований гидротермально-метасоматических процессов применяют гидротермальные установки, позволяющие проводить исследования как открытых так и закрытых систем, двумя методами: динамическим -в проточных реакторах и статическим - в автоклавах, соответственно. Использование принципа "мозаичного" равновесия (Коржинский, 1953) делает возможным применение статического метода для моделирования гидротермально -метасоматических процессов. Несмотря на ряд недостатков, присущих этому методу (малый объем раствора, выпадение закалочных продуктов, невозможность изучения динамики процессов), применение его имеет определенные преимущества, так как в закрытых системах быстрее устанавливается равновесие, а изоляция изучаемых систем в ампулы обеспечивает "чистоту" проведения экспериментов. Все это обусловило наш выбор статического метода исследования.
3,1. Экспериментальная установка и методика эксперимента
Опыты проводили по ампульной методике в золотых ампулах размером 10x0.2x100 в реакторах, изготовленных из жаропрочного сплава марки ЭИ-437БУ на гидротермальной установке с внешней поддержкой давления, позволяющей производить закалку в изобарических условиях (рис.1). Контрольные опыты но